雙桶洗衣機徑向擺動脫水研究

摘要：雙桶洗衣機脫水時脫水桶的運行平穩(wěn)性對洗衣機的使用壽命有重要影響。洗衣機脫水時脫水桶徑向擺動不平穩(wěn)，不僅會造成衣服脫不干水，還會對脫水系統(tǒng)的核心零部件造成嚴重破壞。現(xiàn)通過對市場上洗衣機的代表機型進行取樣測試，提出了改善脫水桶徑向擺動狀況的方法，對于提升雙桶洗衣機性能具有借鑒作用。

關鍵詞：雙桶洗衣機;脫水桶;徑向擺動;移動液體平衡環(huán)

1 雙桶洗衣機脫水時脫水桶徑向擺動轉速慢的原因分析

1.1? ? 用戶操作

用戶在向雙桶洗衣機脫水桶中投放衣物時，如果衣物放置不平衡，脫水桶內部就會產(chǎn)生偏心負載。在偏心負載作用下，脫水程序啟動時脫水桶會產(chǎn)生離心力，造成脫水桶徑向擺動，低轉速脫水。當偏心負載超過一定值后，脫水系統(tǒng)不能實現(xiàn)自平衡，就會出現(xiàn)脫水桶“打桶”現(xiàn)象。如果出現(xiàn)此種現(xiàn)象，用戶需要多次重新放置衣物，才能達到正常脫水的目的。

1.2? ? 結構屬性

一般雙桶洗衣機脫水系統(tǒng)結構簡圖如圖1所示，這個結構最大的特點就是整個脫水桶承力支點為3個減震彈簧。假設支點采用剛性連接，如果偏心量e只有5 mm，2 kg洗衣機脫水時的偏心質量為5 kg，轉速按常規(guī)1 400 r/min的話，這種狀態(tài)下的離心力將達到537 N，這個力就會釋放到底座上，對其造成損傷。如果脫水桶和底座之間加裝減震彈簧，那么彈簧會起到緩沖離心力的作用。但如果用戶放置的衣物負載偏差過大，轉速往往達不到標準的1 400 r/min，而是脫水桶在400～500 r/min的低轉速徑向擺動中脫水，這會對脫水系統(tǒng)造成致命破壞。

2 取樣測試分析

本文抽取市場上具有行業(yè)代表性的樣機進行脫水實驗。首先，洗衣機在不同負載下正常運轉，脫水系統(tǒng)零部件正常運行。隨后，在負載偏心條件下，任由洗衣機在徑向擺動低轉速狀態(tài)下脫水運轉（脫水桶不得撞擊塑料外桶），實驗樣機在連續(xù)運轉24個脫水程序（24×5=120 min）后，橡膠密封皮碗出現(xiàn)破裂。分析實驗結果可以得出：脫水桶“長時間徑向擺動低速脫水”導致橡膠密封皮碗拉扯變形過大，是引起橡膠密封破裂的直接原因。根據(jù)振動理論，洗衣機脫水系統(tǒng)的振動是一種有阻尼的受迫振動。脫水電機旋轉中產(chǎn)生的簡諧激振力的圓頻率ω與系統(tǒng)的固有頻率P的頻率比λ=ω/P=1時，受迫振動的振幅達到峰值，脫水裝置最易發(fā)生共振。共振現(xiàn)象一般在電機轉速為400～500 r/min時發(fā)生。脫水系統(tǒng)處于啟動或停止階段，此時如果衣物放置偏心情況嚴重，系統(tǒng)將長時間徑向擺動低速共振。如何正確使用洗衣機的脫水裝置，在洗衣機的使用說明書中有說明：“脫水振動晃動大時應暫停脫水，并重新將衣物放置均勻。”有的用戶往往忽視了這一點，認為只要脫水桶能轉起來就是正常狀態(tài)，任由洗衣機長時間低轉速徑向擺動，對整個脫水系統(tǒng)的零部件造成嚴重損傷，尤其對里面的橡膠密封皮碗很容易造成拉扯破裂。因此，減少脫水系統(tǒng)徑向擺動的次數(shù)是解決此問題的主要途徑。

3 采取的解決措施和改進建議

3.1? ? 解決措施

針對雙桶洗衣機脫水過程中存在的上述問題，本文提出了以下解決措施：（1）優(yōu)化脫水桶結構，讓脫水桶形狀為口大底小，呈錐形，這樣用戶放置衣物時重心會和漏斗原理一樣，使衣物居脫水桶中下位置，改善衣物放置不平衡問題。（2）改進橡膠密封皮碗結構和材料，增強皮碗材料的使用性能，增加皮碗高度，即使脫水桶徑向擺動晃動拉扯皮碗時，不會損壞橡膠密封皮碗本身。（3）加大電機功率，改變電機結構，讓電機重心位置下移，徑向加大減震簧支撐點位置。（4）加強減振彈簧的剛性和阻尼。（5）加強減振彈簧的支撐底座剛性，加固其結構。（6）從工藝上控制脫水桶的跳動誤差。（7）確保橡膠密封皮碗孔和聯(lián)軸器孔及聯(lián)軸器和電機軸之間的孔對中。（8）從工藝上控制減振彈簧的高度誤差及脫水系統(tǒng)塑料制件的變形量。

3.2? ? 改進建議

上述解決措施均能改善脫水桶徑向擺動脫水的狀況，但實驗測試效果表明，最有效的改進措施是加大電機功率，改變電機結構，讓電機重心位置下移，徑向加大減震簧支撐點位置。脫水桶會隨著不同的負載和衣物放置方式產(chǎn)生不同的工作狀態(tài)，要想更好地全程動態(tài)地去控制脫水時候的脫水桶徑向擺動情況，實驗證明液體平衡環(huán)是一個不錯的選擇。為了安裝操作方便，目前市場上的液體平衡環(huán)均固定在脫水桶的上邊緣，這樣洗衣機滿載脫水時液體平衡環(huán)能很好地發(fā)揮其作用。

4 移動式液體平衡環(huán)

目前市場上部分洗衣機機型采用固定式液體平衡環(huán)來降低洗衣機脫水時出現(xiàn)徑向擺動的概率，以提升用戶體驗，提高洗衣機的耐用性。然而，固定式液體平衡環(huán)只能在洗衣機滿載時發(fā)揮其作用，在洗衣機半載脫水時因為固定式液體平衡環(huán)位置固定，反而有可能加重脫水不平衡現(xiàn)象，如圖2所示，桶內箭頭所示為模擬脫水狀態(tài)固定式和移動式液體平衡環(huán)的重心位置，固定式液體平衡環(huán)相比移動式液體平衡環(huán)重心靠左，不利于脫水系統(tǒng)維持平衡。

如果將固定式液體平衡環(huán)改為移動式液體平衡環(huán)（此產(chǎn)品筆者已籌備申請實用新型發(fā)明專利），經(jīng)過測試，脫水桶徑向擺動概率大大降低，移動式液體平衡環(huán)具有可自由移動性，所以它可以與衣物緊密貼合在一起進行動態(tài)矯正，提高了洗衣機的脫水率，延長了脫水系統(tǒng)的使用壽命。

5 結語

目前家電產(chǎn)品都在保證功能完善的情況下盡量優(yōu)化成本，移動式液體平衡環(huán)雖然在洗衣機脫水過程中的應用效果明顯，但物料和裝配成本相對偏高，且用戶常習慣于洗衣機滿載脫水，所以大部分洗衣機生產(chǎn)廠家耗費大量時間選擇優(yōu)化脫水系統(tǒng)零部件的匹配性或者采用固定式液體平衡環(huán)。然而，要想有效降低雙桶洗衣機出現(xiàn)徑向擺動脫水的概率，完善洗衣機性能，提高洗衣機的耐用性，移動式液體平衡環(huán)將是不錯的選擇。

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收稿日期：2020-07-28

作者簡介：王博（1989—），男，陜西西安人，工程師，研究方向：洗衣機研發(fā)。